地球晚古生代大冰期的幕后推手

黄增强

最近，一项由中、英、德、美等国家古生物学家共同发布的最新研究成果表明，地球晚古生代发生的大冰期，是种子植物大规模繁盛导致的。此项研究成果发布后，即刻引起了古生物爱好者们的极大兴趣和广泛关注。

我们知道，地球是人类生命的发源地，也是人类赖以生存和发展的行星。地球从无生命到最后创造了人类，并发展到今天的文明社会，经过了40多亿年的漫长岁月。这段漫长的岁月可划分为太古代、远古代、古生代、中生代和新生代五个“代”。

太古代，约开始于46亿年前，结束于24亿年前。这时，地球刚形成，没有陆地，一片汪洋。远古代，距今24亿年至6亿年前，此时的地球虽然被海洋掩盖着，但出现了海生藻类和海洋无脊椎动物。古生代，距今6亿年至2.5亿年，是亚欧大陆的七大板块基本形成的時期。这时，海洋中出现了几千种动物，海洋无脊椎动物空前繁盛。两栖类也出现了，北半球陆地上出现了蕨类植物，有的高达30多米，这些高大茂密的森林，后来变成了大片的煤田。中生代，距今2.5亿年至0.7亿年。这一时期是爬行动物的时代，恐龙称霸一时，也出现了原始的哺乳动物和鸟类，蕨类植物日趋衰落，被裸子植物所取代。新生代时期，是地球历史上最新的一个地质时代，时间最短，距今只有7000万年左右，这个时期以哺乳动物和被子植物的高度繁盛为特征。新生代被子植物大发展，各种食草、食肉的哺乳动物空前繁盛。自然界生物的大发展，最终导致人类的出现，古猿逐渐演化成现代人。

在地球的40多亿年的历史中，由于气候变化无常，暖和冷总是交替出现，地球曾多次发生过寒冷的冰期。所谓冰期，是指具有强烈冰川作用的地史时期。广义的冰期又称大冰期，是指地球上气候寒冷，极地冰盖增厚、广布，中、低纬度地区有时也有强烈冰川作用的地质时期。大冰期中，气候较寒冷的时期称冰期，较温暖的时期称间冰期。大冰期、冰期和间冰期都是依据气候划分的地质时间单位。

在地球的历史上，一共发生过三次大冰期，分别是距今6亿年前的震旦纪大冰期、距今2.5亿年前的石炭二叠纪大冰期和距今200万年前开始的第四纪大冰期。三次大冰期中，晚古生代大冰期发生了显生宙以来持续时间最长、规模最大的成冰事件。究竟是什么原因导致了这一时期全球古海洋、古气候、古生态发生显著变化呢？现代科学研究发现，从大约3.5亿年至2.7亿年前的这段时期，地球经历了一场可怕的从温室到“大冰窖”的演变，时间达到了8000万年之久。当时，整个地球都被牢牢冻住了，即使是在赤道地区，也有属于这个时期的冰川作用遗迹。研究者将这段时期，称作晚古生代大冰期。

关于晚古生代大冰期的成因，一直都没有答案。虽然有人认为，维管植物，特别是种子植物的登陆和大规模繁盛是触发全球变冷与晚古生代冰期成冰事件的重要原因，但长期缺乏证据揭示它们之间的直接因果联系。

近日，来自中国、美国、德国等多个国家的地学科学家们联合进行了研究，结果发现，造成晚古生代大冰期的原因，竟然与种子植物有关。那么，什么是种子植物？其特征是什么？种子植物又叫显花植物，它分布于世界各地，是植物界最高等的类群，其特征是所有的种子植物体内有维管组织——韧皮部和木质部、能产生种子并用种子繁殖。

除此之外，我国中科院南京地质古生物研究所副研究员陈波带领陈吉涛、郄文昆、黄璞等研究员，对华南和越南等地5条早石炭亚纪剖面开展详细的碳、锶、氧同位素分析，也系统地梳理了晚泥盆世—早石炭亚纪早期全球种子植物属一级多样性和其地理分布变化。石炭纪杜内期的古海洋环境变化和其与种子植物的演化关系研究表明，种子植物大规模繁盛是导致地球晚古生代大冰期形成的直接原因。

中科院南京地质古生物研究所科研团队还发现，海水的锶同位素比值在杜内期中期开始下降，并伴随着碳酸盐碳同位素值和牙形刺氧同位素值的增加，这三个同位素体系的耦合变化正对应种子植物早期演化阶段中最重要的一次辐射事件。此次事件中，种子植物以多样性的快速增加和分布范围的显著扩张为特征。由于种子植物在这一时期加速扩张，使得磷等陆源营养物质输入海洋，促进了全球海洋生产力提升和有机碳埋藏。而硅酸盐风化和有机碳的埋藏会大量消耗大气中的二氧化碳，最终导致气候变冷。

中科院南京地质古生物研究所科研团队还原出的大冰期发生经过，显示大冰期发生前，种子植物的生长范围从中低纬度地区迅速扩展至高纬度地区。植物的大量生长和扩张，从两个方面影响了大气中的二氧化碳含量。一方面，植物繁盛加速了岩石风化，风化使得硅酸盐和二氧化碳发生反应，形成碳酸盐沉积在海底;另一方面，植物的光合作用会固定二氧化碳，形成有机质埋藏下来。这两种过程都会大量消耗空气中的二氧化碳，最终导致气候变冷。

原来，种子植物大规模繁盛才是导致大冰期的幕后推手。这一发现为应对当前和未来的气候变化提供了重要参考，也对进一步理解陆地生态系统的兴起，及其在塑造全球气候中所扮演的角色具有重要意义。